多轴加工系统综合频响特性测试与分析

摘要

多轴加工系统的综合动态特性对加工过程、工件的表面质量、机床和刀具的寿命等都有着至关重要的作用。加工系统由机床本体、各运动轴、主轴、刀柄、刀具、工件等构成,可以分为刀具子系统和工件子系统两大部分,加工系统的动态特性常用频响函数来描述。刀具子系统和工件子系统的动态特性对整个加工系统的动态特性有着影响,整体加工系统的动态特性由刀具子系统和工件子系统的动态特性共同决定。
　　本文主要从以下几个方面进行了研究。首先,推导了加工系统综合频响特性与刀具子系统和工件子系统频响函数的关系。其次,建立了刀具子系统动力学模型,采用实验和有限元仿真相结合的响应耦合方法预测刀尖点频响函数,以均匀分布的弹簧、阻尼模拟刀具-刀柄结合部之间的柔性联接,用实验和仿真相结合的方法辨识刀具-刀柄结合部的刚度和阻尼系数,可预测不同刀具刀柄组合以及不同刀具姿态时的刀尖点频响函数,并通过实验验证了刀具子系统动力学模型的可行性。然后,建立了工件子系统动力学模型,考虑了工件夹持支撑等因素对工件子系统动态特性的影响,通过建立完整的工件有限元模型来预测工件上不同位置的频响函数,并通过实验验证了工件子系统动力学模型的准确性。最后,利用建立的加工系统动力学模型分析了刀具长度变化、刀具直径变化、刀具姿态变化等因素对刀尖点频响函数的影响,预测了工件子系统中工件各方向不同位置的频响函数变化。
　　本文对多轴加工系统的动态特性进行了研究,通过对刀具子系统和工件子系统进行动力学建模,使用实验和有限元相结合的方法得到加工系统的综合频响函数,为加工参数的优化提供了基础。

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1 绪论

1.1课题来源

1.2研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究工作

2 加工系统综合频响特性概述

2.1加工系统综合频响函数

2.2频响函数的获取方法

2.3模态参数识别方法及频响函数评价指标

2.4本章小结

3 加工系统刀具子系统动力学建模

3.1刀具子系统的总体模型

3.2刀具刀柄结合部参数识别

3.3刀尖点频响函数预测

3.4本章小结

4 加工系统工件子系统动力学建模

4.1工件子系统总体模型

4.2夹盘夹持和中心架支撑参数识别

4.3工件子系统频响函数预测

4.4本章小结

5 多轴加工系统动力学模型实验验证

5.1多轴加工系统刀具子系统频响实验

5.2多轴加工系统工件子系统频响实验

5.3本章小结

6 多轴加工系统综合频响预测与分析

6.1多轴加工系统刀具子系统频响预测

6.2 多轴加工系统工件子系统频响预测

6.3多轴加工系统综合频响分析

6.4本章小结

7 总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文